CN109361300A - 双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法，本公开通过转子端部安放轴向定子的方式，相比于传统的多相电机充分利用了转子的端部，减小了端部漏磁效应，永磁体利用率增加，而且，由于电机转子的轴向一端表面也安放了永磁体，能够更好的产生聚磁效应，使电机具有更高的铁芯和气隙磁密，提高了电机铁芯材料的利用率，减轻了电机的重量，显著提高了电机的功率密度和转矩密度，减轻了电机的重量；电机转子轴向未表贴永磁体的端部的磁路与电机的径向磁路并联，通过调控混合磁路，可以提高电机的恒功率运行范围，有效克服了传统永磁同步电机拓宽恒功率范围后功率密度和效率降低的缺点。

Description

双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法

技术领域

本公开涉及一种双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着永磁材料耐高温性能的提高与价格的降低，永磁电机在国防、工业、农业与日常生活中得到了广泛的应用，正在向大功率化，高功能化和微型化方向发展，永磁电机的品种和应用领域不断扩大。目前永磁电动机的功率从几毫瓦到几千千瓦，应用范围从小到玩具电机，大到舰船牵引用到的大型永磁电机，在国民经济、日常生活、军事工业、航空航天的各个方面得到了广泛的应用。电动汽车领域作为其中一个应用领域，为解决传统汽车污染环境和使用不可再生能源的缺点，正飞速发展着。

但是，电动汽车对其驱动系统具有转矩控制能力好，转矩密度高，运行可靠，调速范围大等要求，因此，研究并开发出高水平的电动汽车驱动电机具有重要的意义。由于电力电子器件的功率等级的限制，传统两电平逆变器供电的三相电机驱动系统难以满足大功率应用的需求，可以采用将功率器件串联或并联来提高逆变器容量，但由此带来的动静态均压、均流等问题会大大降低系统的可靠性。目前在中高电压大功率应用中，主要采用多电平逆变器通过低电压等级功率器件级联来实现，但也存在需要中点电位控制和控制算法复杂等问题。在电动汽车、舰船和轨道交通驱动电机等大功率场合采用多相电机驱动系统更为合适，多相电机的优点主要有以下几个方面：

(1)可以实现低压大功率驱动。在相同功率和相电流的情况下，随着电机相数的增加，每相绕组的永磁体磁链或反电动势会成比例的降低，因此供电电压会随之下降。同时避免了三相系统中功率开关器件串并联引起的动静态均压、均流问题。

(2)减低转矩脉动。随着电机相数的增加，空间谐波次数增加，转矩脉动频率提高，幅值下降，进而降低了电机运行时的噪声和振动。早期对多相电机进行研究的主要目的就是降低转矩脉动，虽然目前PWM技术日益成熟，可以忽略低次谐波电流，但由于电机铁芯开槽等非线性因素产生的气隙谐波磁场与基波电流作用同样会产生转矩脉动，电机相数越多，基波电流产生的转矩脉动频率越高。

(3)提高容错能力。传统三相电机发生一相缺相故障时，电机中性点必须与直流母线中点连接，否则将降阶为单相电机无法实现自启动。对于多相电机当定子绕组发生一相或多相故障时，无需中线引出即可降额运行并且不需要停机重组，通过采用适当的容错控制策略使得剩余电机绕组合成旋转磁势轨迹为圆形，即可使电机继续稳定运行。因此多相电机非常适合于严禁中途停机的高可靠性要求场合。

(4)控制资源丰富。对于集中整距绕组的多相电机，可以通过注入适当比率的低次谐波电流与相应的谐波磁场作用产生恒定转矩，进而提高电机的功率密度。多相逆变器的空间电压矢量指数性增加，为PWM调制、直接转矩控制和预测电流控制等提供了丰富的控制资源。多相电机通过矢量空间解耦可以实现基波转矩分量和谐波分量的解耦，通过对谐波子平面分量的控制可以实现死区补偿和不对称补偿，也可以通过注入谐波分量实现过调制和参数辨识。

但是据发明人了解，目前的多相电机多存在端部漏磁、电机铁芯材料的利用率不高的问题，同时，多定子电机中其中一个定子安放在电机转子内部，为内定子，一个在转子外部，为外定子，电机发热集中在电机轴向，电机热负荷很高，而且内定子不与外界环境相连，电机散热较为困难。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种双三相永磁同步驱动电机、电动汽车及其方法，本公开通过转子端部安放轴向定子的方式，相比于传统的多相电机充分利用了转子的端部，减小了端部漏磁效应，永磁体利用率增加，而且，由于电机转子的轴向一端表面也安放了永磁体，能够更好的产生聚磁效应，使电机具有更高的铁芯和气隙磁密，提高了电机铁芯材料的利用率，减轻了电机的重量，显著提高了电机的功率密度和转矩密度，减轻了电机的重量。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种双三相永磁同步驱动电机，包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的两端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设，所述转子的转子槽内放置有永磁体，所述永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通，所述径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组；通过所述径向磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向磁通与轴向绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩。

作为进一步的限定，所述转子槽以U型排布，所述转子的两端部均设有扇环结构，其中在一端的扇环上放置有永磁体，所述扇环上表贴的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，转子槽内永磁体和扇环上表贴的永磁体通过聚磁效应共同作用在转子的径向和未表贴永磁体的端部的轴向，分别形成径向磁极和轴向磁极，同时扇环上表贴的永磁体直接面向电机的轴向气隙，也形成轴向磁极。

作为进一步的限定，所述转子上设置的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极，转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极经过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向绕组产生的磁场作用。

作为进一步的限定，所述径向绕组和轴向绕组所产生的三相磁势错开一定角度。这样的设计可以实现电机的多种双三相运行，根据径向定子和轴向定子所产生的磁势所具体错开的角度，所述电机有对称六相、不对称六相(相移30°双三相电机)等多种运行方式。

作为进一步的限定，所述径向定子，包括定子槽、定子齿和定子轭部，其中，定子轭部为圆环状，定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有径向绕组。

作为进一步的限定，所述轴向定子包括轴向定子背轭、轴向定子槽和轴向定子齿，所述轴向定子背轭位于轴向定子的轴向的一侧，轴向定子齿设置在轴向定子背轭上，轴向定子齿之间设置有轴向定子槽，轴向定子槽内安放有轴向绕组。

作为进一步的限定，所述径向定子和转子外沿之间存在径向气隙，所述轴向定子和转子端部之间存在轴向气隙。

作为进一步的限定，所述径向定子和轴向定子的电枢绕组为三相对称绕组，可分别独立运行，电机运行时，径向电枢绕组和轴向电枢绕组分别采用三相电机功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生的磁势相差的角度实现多种多相(例如六相或双三相)运行方式，可充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力。由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况下运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力。

作为进一步的限定，所述电机在径向和轴向定子上的相数分别大于等于三，极对数大于等于一，径向电枢绕组和轴向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产生的磁场的极数与径向磁极极数相等，轴向电枢绕组产生的磁场的极数与轴向磁极极数相等。

作为进一步的限定，所述径向定子由硅钢片叠压而成，所述转子为软磁复合材料制成，所述永磁体为高性能永磁材料制成，如钕铁硼，稀土钴等，或者低磁能积永磁材料制成，如铁氧体等。

一种驱动机构，采用上述双三相永磁同步驱动电机。

一种电动汽车，采用上述双三相永磁同步驱动电机。

基于上述电机的运行方法，根据电机工作的额定转速、额定转矩，以及性能要求，设置电机的径向气隙长度、轴向气隙长度，同时根据径向定子和轴向定子所需要产生的磁动势的关系，分布确定轴向定子和径向定子所需要的线圈匝数与额定电流，然后对径向定子和轴向定子使用单独的三相逆变器和驱动控制策略进行控制，从而并使轴向定子的磁势和径向定子的磁势错开一定的夹角，实现电机的多相运行，根据电机所需要运行的转速，确定电机未表贴永磁体端的轴向定子是否进行弱磁调速。

基于上述电机的转矩驱动方法：转子上的轴向磁通进入轴向定子中，由轴向绕组通电流产生驱动转矩，转子上的径向磁通进入径向定子，径向绕组通电流后产生驱动转矩，径向定子和轴向定子所产生的合成磁势，根据其磁势之间的夹角分为多种多相运行模式，具体包括：

对称六相电机运行方式：所述径向定子和所述轴向定子所产生的磁势进行合成，并使所述两轴向定子产生同样的磁势，径向定子磁势与轴向定子磁势夹角为60°，其磁势的空间分布与传统的三相电机完全相同，但在此种运行方式下，总的合成磁势幅值相较于传统的三相电机增加一倍。

不对称六相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，两轴向定子产生同样的磁势，径向磁势与轴向磁势的夹角为30°，其磁势空间分布和对称十二相电机一致，此种运行方式能够消除5、7次谐波磁势，从而能消除6次转矩脉动，转矩脉动的最低次数提高到12次，能够更好的抑制转矩脉动。

传统三相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，使两轴向定子产生相同的磁势，使径向磁势与轴向磁势夹角为0°，则其运行方式与传统的三相电机运行方式相同。

基于上述电机的工作方法：径向定子和扇环表贴永磁体一端的轴向定子产生主驱动转矩，未表贴永磁体一端的轴向定子实现弱磁功能并产生助力转矩：当径向电枢绕组和轴向电枢绕组均不通电时，所述转子上的磁通分为三部分，一部分进入径向定子中，另外两部分分别进入两个轴向定子中，其中端部未表贴永磁体的轴向定子和径向定子的磁路构成并联混合磁路；

当电机正常工作不需要弱磁运行时，未表贴永磁体一端的轴向定子的电枢绕组产生d轴电流，使得电机该定子的轴向主磁通减小，电机的径向主磁通增大，电机转矩主要由径向主磁通和径向电枢绕组磁场产生，如果未表贴永磁体的一端的轴向定子电枢绕组只施加d轴电流，径向主磁通最大，通过调节未表贴永磁体一端轴向定子的轴向电枢绕组的d轴电流便可以调节径向主磁通的大小；

当电机需要弱磁运行时，未表贴永磁体一端的轴向电枢绕组的d轴电流减小，电机径向主磁通减小，轴向主磁通增大，此时电机径向部分工作在弱磁条件，减小未表贴永磁体一端的轴向电枢绕组的d轴电流的同时，同时增大其q轴电流，此时该轴向定子电枢绕组与轴向主磁通产生助力转矩，增大电机的转矩密度和功率密度。

本公开的电机可广泛应用，具体例举如下：

(1)家用电器：包括电视音像设备、风扇、空调外挂机、食品加工机、油烟机等。

(2)计算机及其外围设备：包括计算机(驱动器、风扇等)、打印机、绘图仪、光驱、光盘刻录机、扫描仪等。

(3)工业生产：包括工业驱动装置、材料加工系统、自动化设备、机器人、传动系统等。

(4)汽车行业：包括永磁起动机、雨刮器电机、门锁电机、座椅升降电机、遮阳顶棚电机、清洗泵电机、录音机用电机、玻璃升降电机、散热器冷却风扇电机、空调电机、天线升降电机、油泵电机、后视镜调节等。

(5)公共生活领域：包括钟表、美容机械、自动售货机、自动取款机、点钞机等。

(6)交通运输领域：包括电车、飞机辅助设备、舰船等。

(7)航天领域：包括火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机等。

(8)国防领域：包括坦克、导弹、潜艇、飞机等。

(9)医疗领域：包括牙钻、人工心脏、医疗器械等。

(10)发电领域：包括风力发电、余热发电、小型水力发电、小型内燃发电机组用发电机，以及大型发电机的副励磁机等。

(11)新型纯电动汽车领域：电动汽车的驱动系统。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开提供了一种双三相电机为多定子结构，多个定子分别为轴向定子和径向定子，该多定子结构的多个定子分别安放在电机的轴向和径向方向，充分利用了电机的端部和转子的端部，与传统多定子电机相比，降低了电机的径向电负荷和磁负荷，有效的改良了电机散热，提高了电机的总电热负荷，进而提高了电机的功率密度，同时，轴向定子的设置利用了电机的轴向磁通，减小了电机的端部漏磁效应，永磁体利用率增加。

2、本公开的电机转子主体为内置混合式转子磁极结构，具有内置混合式转子磁极永磁同步电机结构紧凑性好，气隙有效磁密高，易于高速旋转以及转矩密度高等优点，相比于切向式结构不需要使用隔磁轴等隔磁措施，电机的转子为软磁复合转子，径向轴向导磁率均很高，运行时铁耗低，电机转子的两个端部均加工成扇环形状，并在其中一个端部的扇环上安放有永磁体，能够更好的产生聚磁效应，使电机具有更高的铁芯和气隙磁密，提高电极材料的利用率，减轻了电机的重量，显著提高了电机的功率和转矩密度；

3、本公开的转子槽内的永磁体与扇环上的永磁体共同作用在转子上形成磁极，磁极分为径向和轴向两部分，轴向磁极与电机的轴向定子配合产生转矩，径向磁极与电机的径向定子配合产生转矩，电机转子的结构相对简单，易于机械加工，制造成本较低。

4、本公开提供的电机是一种混合磁路永磁同步电机，转子上永磁体产生的磁通一部分沿电机径向气隙到达径向定子成为径向主磁通，另两部分磁通沿轴向经过轴向气隙到达电机端部的轴向定子成为轴向主磁通，永磁转子的径向磁通和端部磁通都得到了充分的利用，消除了电机的端部漏磁通，提高了磁通利用率，有效改善了电机端部磁场分布，提高了电机的功率密度和转矩密度。

5、本公开提供的电机是一种双三相电机，电机的径向绕组和轴向绕组可分别独立运行并能独立产生磁势，通过将径向定子所产生的磁势与轴向定子所产生的磁势交错一定的角度便可以实现电机的双三相运行，电机的多相控制更容易实现，可以充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力，对电机进行各种灵活的控制，由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况下运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力，非常适用于高可靠性要求的场合。

6、本公开能够灵活的实现增磁运行和弱磁扩速运行，电机正常运行时，未表贴永磁体一端的轴向定子的轴向电枢绕组同时产生d轴和q轴电流，d轴电流产生的磁场使得转子产生的绝大部分磁通沿径向进入到径向铁芯，与径向定子绕组产生的磁场相互作用产生主转矩，另外小部分磁通沿轴向进入该轴向定子，这部分磁通可以与该轴向定子绕组的q轴电流相互作用产生助力转矩。当需要弱磁扩速运行时，减小电机未表贴永磁体一端轴向定子绕组的d轴电流，这使得转子磁通进入该轴向定子的部分变多，显著减小了电机的径向主磁通，使得径向定子工作在弱磁条件下，显著增大了电机的调速范围，实现弱磁扩速。

7、本公开可以分别设计电机径向磁极和端部扇环磁极的形状尺寸以及电枢绕组的匝数，通过两者的合理组合叠加，来抵消削弱反电动势的谐波和齿槽转矩，因此改善和优化电机的反电动势波形，并削弱电机的齿槽转矩，克服了现有永磁同步电机必须采用斜槽来抑制谐波并削弱齿槽转矩的缺点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实施例电机的结构示意图；

图2为本实施例电机的电机径向定子铁芯和转子示意图；

图3为本实施例电机表贴永磁体端的软磁复合转子示意图；

图4为本实施例电机未表贴永磁体端的软磁复合转子示意图；

图5为本实施例电机的轴向定子示意图；

图6为本实施例电机的整体电机右视图；

其中，1.径向定子齿，2.径向定子轭，3.径向定子槽，4.径向电枢绕组，5.径向气隙，6.轴向定子齿，7.轴向定子轭，8.轴向定子槽，9.轴向电枢绕组，10.轴向气隙，11.软磁复合转子，12.转子槽，13.转子槽内的永磁体，14.径向磁极，15.轴向磁极，16.扇环上表贴的永磁体，17.扇环。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1所示，本实施例电机整体结构示意图，一种双三相永磁同步驱动电机，包括径向定子、轴向定子和转子，转子安放在径向定子内部，与径向定子同轴放置，转子和径向定子之间有径向气隙，轴向定子安放在转子端部，与转子同心放置，转子与轴向定子之间有轴向气隙。

转子的两端部均加工成扇环形状，在一端扇环上安放有永磁体，所表贴的永磁体在转子铁芯侧产生的磁通的极性与转子槽内的永磁体在转子上产生的轴向磁通的极性相同，通过聚磁效应在转子的径向和未表贴永磁体的轴向分别形成径向磁极和轴向磁极，同时表贴永磁体的端部永磁体直接面向轴向气隙，亦形成轴向磁极。径向磁通沿径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，轴向磁通沿轴向气隙进入轴向定子当中，形成轴向主磁通。径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩。

轴向定子包括轴向定子背轭、轴向定子槽和轴向定子齿，所述轴向定子背轭位于轴向定子的轴向的一侧，轴向定子齿设置在轴向定子背轭上，轴向定子齿之间设置有轴向定子槽，轴向定子槽内安放有轴向绕组。

径向定子由硅钢片叠压而成，径向定子包括径向定子槽，径向定子齿和径向定子轭部，所述径向定子槽内安放有电枢绕组；所述轴向定子由硅钢片卷叠并加工而成，所述轴向定子包括轴向定子槽，轴向定子齿和轴向定子背轭，所述轴向定子槽内安放有电枢绕组。

径向定子和转子外沿之间存在径向气隙，轴向定子和转子端部之间存在轴向气隙。

转子由软磁复合材料制成，转子上有转子槽，转子槽呈U型排布，转子槽内安放有永磁体，转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应在转子的轴向和径向产生磁通，转子的两个端部均设计成扇环形状，并在其中一个端部的扇环上安放有永磁体，扇环上表贴的永磁体在转子铁芯侧产生的磁通的极性与转子槽内永磁体所形成的轴向磁通极性相同，所述扇环上表贴的永磁体与转子槽内的永磁体共同作用通过聚磁效应在转子的径向和另一未表贴永磁体的轴向分别生成径向磁极和轴向磁极，同时表贴永磁体的端部永磁体直接面向轴向气隙，亦形成磁极，所述径向磁极面向电机的径向定子，径向磁极与转子之间为径向气隙，所述轴向磁极面向电机的轴向定子，所述轴向磁极与轴向定子之间为轴向气隙，轴向磁极的极数和径向磁极的极数相等。

径向定子和轴向定子的电枢绕组为三相对称绕组，可分别独立运行，电机运行时，径向电枢绕组和轴向电枢绕组分别采用目前成熟的三相电机功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生的磁势相差的角度实现多种多相(六相或双三相)运行方式，可充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力。由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况下运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力。

电机永磁体产生的磁通分为三部分，一部分沿电机径向通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另两部分沿轴向通过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通，径向主磁通与径向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，轴向主磁通与轴向电枢绕组产生的磁场相互作用产生转矩，径向定子和轴向定子的绕组为三相对称绕组，可分别看作独立运行的三相绕组并能分别独立产生转矩，采用三相功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生磁势相差的角度可实现多种多相(六相或双三相)运行方式，主要有以下三种：

对称六相电机运行方式：所述径向定子和所述轴向定子所产生的磁势进行合成，并使所述两轴向定子产生同样的磁势，径向定子磁势与轴向定子磁势夹角为60°，其磁势的空间分布与传统的三相电机完全相同，但在此种运行方式下，总的合成磁势幅值相较于传统的三相电机增加一倍。

不对称六相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，两轴向定子产生同样的磁势，径向磁势与轴向磁势的夹角为30°，其磁势空间分布和对称十二相电机一致，此种运行方式能够消除5、7次谐波磁势，从而能消除6次转矩脉动，转矩脉动的最低次数提高到12次，能够更好的抑制转矩脉动。

传统三相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，使两轴向定子产生相同的磁势，使径向磁势与轴向磁势夹角为0°，则其运行方式与传统的三相电机运行方式相同。

这几种运行方式，均利用了电机的端部，降低了电机的径向电磁负荷，有效改善了电机的散热，提高了电机的总电热负荷，磁通利用率高，功率密度和转矩密度高。

由于径向电枢绕组和轴向电枢绕组为三相对称绕组，可分别独立运行并能独立产生转矩，径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独自运行。因此电机在缺相等故障情况下运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力，电机运行的可靠性高。

电机的径向磁路和未表贴永磁体一端的轴向磁路并联，构成混合磁路，通过调控混合磁路，可以使电机在增磁运行状态或弱磁调速状态下运行。

径向点数绕组和轴向电枢绕组的相数m分别≥6，极对数p≥1，径向电枢绕组和轴向电枢绕组可以为单层绕组，也可以为双层绕组，径向电枢绕组和轴向电枢绕组产生的磁场的极数均与转子磁极极数相等。

径向定子和软磁复合转子外圆之间存在径向气隙，所述轴向定子和软磁复合转子端部扇环上表贴的永磁体之间存在轴向气隙。

电机实际应用时，根据电机工作的额定转速，额定转矩以及具体的性能要求，通过合理设计电机的各个参数，如径向气隙长度，轴向气隙长度，径向电枢绕组匝数和轴向电枢绕组的匝数，来确定电机径向定子和轴向定子所产生的磁势对电机的驱动能力，从而合理选择对应的双三相控制方法。

本公开提供的电机通过转子端部安放轴向定子的方式，相比于传统的多相电机充分利用了转子的端部，减小了端部漏磁效应，永磁体利用率增加，而且，由于电机转子的轴向一端表面也安放了永磁体，能够更好的产生聚磁效应，使电机具有更高的铁芯和气隙磁密，提高了电机铁芯材料的利用率，减轻了电机的重量，显著提高了电机的功率密度和转矩密度，减轻了电机的重量。由于电机的径向绕组和轴向绕组可以分别独立运行，可以灵活地实现六相或者双三相等多相运行模式，可以充分利用电流的三次及高次谐波增大转矩输出能力，对电机进行各种灵活的控制，由于电机的径向绕组和轴向绕组相互物理隔离，能够各自独立运行，因此电机在缺相等故障情况运行时性能增强，可以显著增强电机的容错运行能力，使多相控制方式更易于实现。

转子的一端部表贴永磁体，另一端不表贴永磁体只加工成扇环形状，显著增加了电机径向定子的直轴电感，增强了电机的磁通调节能力，有利于电机进行弱磁扩速。电机的径向磁路和未表贴永磁体端部的轴向磁路构成混合磁路，通过调控混合磁路，电机可以实现增磁运行和弱磁扩速，拓宽了电机的恒功率运行范围，提高了电机的全速域运行效率，有效的克服了传统永磁同步电机拓宽恒功率范围后功率密度和效率低的缺点。

如图1-图6所示，本实施方式电机相数为6，径向定子齿数为48，轴向定子齿数为48，转子槽数为8，径向磁极数为8，轴向磁极数为8，转子的两个端部均设计有扇环结构，其中一端的扇环上安放有永磁体，该表贴的永磁体在转子铁芯侧的极性与转子槽内永磁体所产生的轴向磁通的极性相同。转子槽内永磁体和在转子端部扇环上所表贴的永磁体共同作用通过聚磁效应在转子的径向和另一未表贴永磁体的轴向分别形成径向磁极和轴向磁极，由于表贴永磁体的端部永磁体直接面向轴向气隙，亦形成轴向磁极。本实施方式包括径向定子，轴向定子和转子，径向定子由硅钢片叠压而成，径向定子包括径向定子齿1，径向定子轭2和径向定子槽3，径向定子槽3内放置有径向电枢绕组4，径向电枢绕组4可以分为分布绕组、集中绕组或叠绕组，径向电枢绕组的极数与转子径向磁极极数一致，径向定子和转子同轴，径向定子和转子之间有径向气隙5，轴向定子由硅钢片卷叠并加工而成，轴向定子包括轴向定子齿6，轴向定子轭7和轴向定子槽8，轴向定子槽8内安放有轴向电枢绕组9，轴向电枢绕组9可分为分布绕组，集中绕组或者叠绕组，轴向电枢绕组的极数与转子轴向磁极极数保持一致，轴向定子与转子同心，轴向定子和转子之间有轴向气隙10，软磁复合转子11上设置有转子槽12，转子槽呈U型排布，转子槽12内安放有永磁体13，转子槽内永磁体同极性相对，通过聚磁效应在转子上形成径向磁通和轴向磁通，软磁复合转子铁芯两侧的端部轴向部分加工成扇环形状，在其中一端的扇环上表贴有永磁体16，转子槽内永磁体13与扇环上永磁体16通过聚磁效应分别在转子的径向和未表贴永磁体的轴向一端形成径向磁极14和轴向磁极15，同时扇环上表贴的永磁体直接面向轴向气隙，亦在该端形成轴向磁极15，永磁体产生的磁通通过径向磁极经过径向气隙进入径向定子铁芯与径向电枢绕组交链形成径向主磁通，永磁体产生的磁通通过轴向磁极经过轴向气隙进入轴向定子铁芯与轴向电枢绕组交链形成轴向主磁通，径向主磁通与未表贴永磁体端部的轴向主磁通并联，可以通过调控混合磁路来实现电机的增磁运行或弱磁扩速运行。径向绕组磁通与轴向绕组磁通相互独立，可以通过分别设计径向气隙和轴向气隙的长度来控制电机空载时的径向主磁通和轴向主磁通。径向电枢绕组和轴向电枢绕组为独立的三相对称绕组，能够独立的产生转矩。电机运行时，通过独立的三相逆变器和驱动控制策略分别向径向绕组和轴向绕组供电，使之分别产生旋转磁势，并根据径向磁势和轴向磁势的夹角实现多种双三相运行方式。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种双三相永磁同步驱动电机，其特征是：包括径向定子、轴向定子和转子，其中，所述转子套装于径向定子内部，与径向定子同轴布设，所述转子的两端设置有轴向定子，轴向定子与转子同心布设，所述转子的转子槽内放置有永磁体，所述永磁体同极性相对，通过聚磁效应使转子上产生径向磁通和轴向磁通，所述径向定子的定子槽内设置有径向绕组，所述轴向定子的定子槽内设置有轴向绕组；通过所述径向磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向磁通与轴向绕组产生的磁场作用，使得电机的径向、轴向均产生转矩。

2.如权利要求1所述的一种双三相永磁同步驱动电机，其特征是：所述转子槽以U型排布，所述转子的两端部均设有扇环结构，其中在一端的扇环上放置有永磁体，所述扇环上表贴的永磁体在转子铁芯内侧产生的极性和转子槽内永磁体在转子铁芯上产生的极性相同，转子槽内永磁体和扇环上表贴的永磁体通过聚磁效应共同作用在转子的径向和未表贴永磁体的端部的轴向，分别形成径向磁极和轴向磁极，同时扇环上表贴的永磁体直接面向电机的轴向气隙，也形成轴向磁极。

3.如权利要求1所述的一种双三相永磁同步驱动电机，其特征是：所述转子上设置的永磁体在转子上共同作用形成径向磁极和轴向磁极，转子上的磁通一部分沿电机的径向方向沿径向磁极通过径向气隙进入到径向定子当中，形成径向主磁通，另一部分沿电机的轴向方向沿轴向磁极经过轴向气隙进入到轴向定子当中，形成轴向主磁通；所述径向主磁通与径向绕组产生的磁场作用，所述轴向主磁通与轴向绕组产生的磁场作用；

或，所述径向绕组和轴向绕组所产生的三相磁势错开一定角度。

4.如权利要求1所述的一种双三相永磁同步驱动电机，其特征是：所述径向定子，包括定子槽、定子齿和定子轭部，其中，定子轭部为圆环状，定子齿有多个，沿定子轭部圆周均匀分布，定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有径向绕组；

或，所述轴向定子包括轴向定子背轭、轴向定子槽和轴向定子齿，所述轴向定子背轭位于轴向定子的轴向的一侧，轴向定子齿设置在轴向定子背轭上，轴向定子齿之间设置有轴向定子槽，轴向定子槽内安放有轴向绕组。

5.如权利要求1所述的一种双三相永磁同步驱动电机，其特征是：所述径向定子和轴向定子的电枢绕组为三相对称绕组，可分别独立运行，电机运行时，径向电枢绕组和轴向电枢绕组分别采用三相电机功率逆变器和驱动控制策略，并根据轴向定子和径向定子所通电流产生的磁势相差的角度实现多种多相运行方式。

6.如权利要求1所述的一种双三相永磁同步驱动电机，其特征是：所述电机在径向和轴向定子上的相数分别大于等于三，极对数大于等于一，径向电枢绕组和轴向电枢绕组为单层绕组或双层绕组，径向电枢绕组产生的磁场的极数与径向磁极极数相等，轴向电枢绕组产生的磁场的极数与轴向磁极极数相等。

7.一种电动汽车，其特征是：采用如权利要求1-6中任一项所述的双三相永磁同步驱动电机。

8.基于权利要求1-6中任一项所述的电机的运行方法，其特征是：根据电机工作的额定转速、额定转矩，以及性能要求，设置电机的径向气隙长度、轴向气隙长度，同时根据径向定子和轴向定子所需要产生的磁动势的关系，分布确定轴向定子和径向定子所需要的线圈匝数与额定电流，然后对径向定子和轴向定子使用单独的三相逆变器和驱动控制策略进行控制，从而并使轴向定子的磁势和径向定子的磁势错开一定的夹角，实现电机的多相运行，根据电机所需要运行的转速，确定电机未表贴永磁体端的轴向定子是否进行弱磁调速。

9.基于权利要求1-6中任一项所述的电机的转矩驱动方法，其特征是：转子上的轴向磁通进入轴向定子中，由轴向绕组通电流产生驱动转矩，转子上的径向磁通进入径向定子，径向绕组通电流后产生驱动转矩，径向定子和轴向定子所产生的合成磁势，根据其磁势之间的夹角分为多种多相运行模式，具体包括：

对称六相电机运行方式：所述径向定子和所述轴向定子所产生的磁势进行合成，并使所述两轴向定子产生同样的磁势，径向定子磁势与轴向定子磁势夹角为60°；

不对称六相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，两轴向定子产生同样的磁势，径向磁势与轴向磁势的夹角为30°；

三相电机运行方式：所述轴向定子和所述径向定子所产生的磁势进行合成，使两轴向定子产生相同的磁势，使径向磁势与轴向磁势夹角为0°。

10.基于权利要求1-6中任一项所述的电机的工作方法，其特征是：径向定子和扇环表贴永磁体一端的轴向定子产生主驱动转矩，未表贴永磁体一端的轴向定子实现弱磁功能并产生助力转矩：

当径向电枢绕组和轴向电枢绕组均不通电时，所述转子上的磁通分为三部分，一部分进入径向定子中，另外两部分分别进入两个轴向定子中，其中端部未表贴永磁体的轴向定子和径向定子的磁路构成并联混合磁路；

当电机正常工作不需要弱磁运行时，未表贴永磁体一端的轴向定子的电枢绕组产生d轴电流，使得电机该定子的轴向主磁通减小，电机的径向主磁通增大，电机转矩主要由径向主磁通和径向电枢绕组磁场产生，如果未表贴永磁体的一端的轴向定子电枢绕组只施加d轴电流，径向主磁通最大，通过调节未表贴永磁体一端轴向定子的轴向电枢绕组的d轴电流便可以调节径向主磁通的大小；

当电机需要弱磁运行时，未表贴永磁体一端的轴向电枢绕组的d轴电流减小，电机径向主磁通减小，轴向主磁通增大，此时电机径向部分工作在弱磁条件，减小未表贴永磁体一端的轴向电枢绕组的d轴电流的同时，同时增大其q轴电流，此时该轴向定子电枢绕组与轴向主磁通产生助力转矩，增大电机的转矩密度和功率密度。